第15卷第12期2015年4月科學技術(shù)與工程Vol.15 No.12 Apr. 20151671- 1815(2015)12-0265-05Science Technology and EngineeringC 2015 Sci. Tech. Engrg地下空間通風優(yōu)化高超陳梅珊吳偉亮(.上海交通大學機械與動力工程學院,上海200240)摘要由于車輛出入車庫的頻率時刻都在變化,車庫內(nèi)單位時間污染物釋放量相應發(fā)生變化,針對不同工況采取相同的通風量顯然是不合理的。過低的通風量將導致車庫內(nèi)空氣品質(zhì)不佳,過高的通風量將導致能源的浪費。以某車庫為研究對象，進行數(shù)值模擬分析,探索通風系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略。關(guān)鍵詞空氣污染CFD模擬地下空間中圖法分類號X511;文獻標志碼A為解決汽車保有量上升帶來的停車緊張問題，停車場平均運行時間,s;q為每輛汽車單位時間內(nèi)大型商業(yè)建筑和居住小區(qū)等人口密集區(qū)都配有地下CO排放量，m/s。車庫,-般采用定風量運行的機械通風系統(tǒng)來保證結(jié)合研究對象，停車庫容納車位數(shù)為100;地下空氣品質(zhì)"。由于汽車出人車庫的數(shù)量是時刻變車庫內(nèi)空氣污染物的排放情況是在不同的時段內(nèi)不化的,車庫內(nèi)單位時間污染物發(fā)生量也是不斷變化斷變化的,汽車出人車庫頻率峰值為1.4, 平時為的，定風量運行的機械通風系統(tǒng)將造成能源的0.21];假定每輛車在車庫內(nèi)平均運行時間為90浪費[2]。s[12;每輛汽車單位時間內(nèi)CO排放量為200本文針對某地下車庫,利用數(shù)值模擬的方法對mg/s[13.14]。不同時段地下車庫的污染物濃度場進行研究,從而1.2物理模型簡介為通風系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供參考意見。某地下車庫長為90m,寬為80m,建筑面積7 200 m2 ,層高3. 6 m,車庫平面示意圖如圖1所示。1研究對象描述一個新風管道位于遠離進出口的上部,四個排風管1.1污染物濃度限值和釋 放量的確定道位于圖1中部和下部,大致呈左右對稱布置。地下車庫內(nèi)汽車排放的污染物中主要含有一-氧車庫新風管道的8個送風口風速分別為6.2化碳、碳氫化合物、氮氧化合物等有害物質(zhì)[)]。據(jù)m/s,中部的排風管道的20個排風口風速為8.1 m/研究表明:如果Co濃度指標達到要求,那么其他污s,車庫進出口附近的排風管道的24個排風口風速染物濃度也- -定會滿足要求(46]。所以在地下停車為6.7m/s。固體壁面采用無滑移壁面，壁面粗糙庫通風量的計算與控制中，通常以CO濃度為依據(jù),度定義為光滑壁面,傳熱類型選為絕熱。因此將主要考察尾氣中的CO。根據(jù)相關(guān)文獻(7-9] ,由于本車庫位于人口密集區(qū),需要考慮機械通風系統(tǒng)排出的污染物對周圍環(huán)境的影響,本文CO污染物限值取為25 x 10-6(ppm)。地下車庫污染源物放量的計算采用經(jīng)驗公式法[0。G = mrqt。式中:G為地下空間CO總排放量, mg/s;m為地下停車場的車位數(shù)，(輛);r為汽車出入車庫頻率(一小時內(nèi)進出車輛數(shù)與停車位之比);t為汽車在地下中國煤化工，2014年12月29日收到國家863計劃(2012AA062703)資助CNMHGI garage第一作者簡介:高超,男。 碩士。研究方向:動力機械及工程。E-.JYHmail: gaochaoveryeool@ 126. com。1.3 通風系統(tǒng)模型簡化假設為了能夠滿足現(xiàn)有的計算條件,并能夠最大程.12期高超,等:地下空間通風優(yōu)化267數(shù)據(jù),選取最符合實際情況的污染物分布策略。最由模擬值與實測值對比可以看出,除部分數(shù)據(jù)終得到結(jié)果如下所示:忽略污染源0的Co發(fā)生量，外,大多 數(shù)數(shù)據(jù)模擬值與實測值誤差較小，充分驗證即SOURCE1 =0;污染源1占總污染源的70% ;污染了模型選取與網(wǎng)格劃分的合理性,以及模擬計算的源2占總污染源的20%;污染源3占總污染源有效性與準確性。根據(jù)對比結(jié)果,熱量傳輸模型選的10%。擇Total Energy 模型,湍流模型選擇k-Omega模型，由于受條件所限,選取-一個工況進行實驗,驗證使用Automatic壁面函數(shù),求解格式定義為高階求解數(shù)值模擬的有效性。為了不影響車庫正常工作,選格式[12],并確定污染源分布規(guī)律。取車庫低峰運行時間段進行測量,對應車輛出人頻3數(shù)值模擬結(jié)果與分析率約為0.5,測量高度約為距離地面2米的位置,進:行實驗來驗證數(shù)值模擬的有效性,CO濃度數(shù)據(jù)采車庫各個時段的汽車出入車庫頻率是不同的,集位置如圖3所示。汽車出人頻率最高為1.4,而最低只有0.2。根據(jù)一天中車輛出人車庫頻率隨時間變化關(guān)系,可以計算ANSYSr14.5出不同時間段車庫內(nèi)CO的發(fā)生量。根據(jù)研究報告表明,該車庫車輛出人頻率隨時間變化曲線如圖4所示。.1.412-k 1.0-安08-盟0.6-0.2468101214161820222430.000 m時間(時)一1500圖4車輛出人車庫頻率隨時間變化曲線圖3數(shù)據(jù)采集位置示意圖Fig. 4 The curve that car frequency changes with timeFig. 3 Data collection point of the underground garage汽車出入車庫頻率定義為一小時內(nèi)進出車輛數(shù)測量點污染物濃度數(shù)值模擬結(jié)果與實際測量數(shù)與停車位之比,Q為通風系統(tǒng)全開時的流量。根據(jù)據(jù)對比如表2所示, 10 -6(ppm)為體積分數(shù)單位,代不同時段車庫運行工況，對應車輛出人車庫頻率為表每百萬體積空氣中所含污染物體積數(shù)。0.2.0.5、1、1.4時,通風流量分別為0. 05Q、0. 10Q、表2污染物濃度數(shù)值模擬結(jié)果與實際測量數(shù)據(jù)對比0.15Q、0.2Q、0. 25Q、0.5Q、0.75Q、Q時的各工況進行數(shù)值模擬，車庫內(nèi)CO平均體積分數(shù)如表3所示。Table 2The contrast between simulationresults and experimental data表3不同出入頻率,車庫內(nèi)CO平均濃度( ppm)對比Table 3 The pollution concentration of the序號實驗數(shù)據(jù) 10 °(ppm)模擬數(shù)據(jù)10-6(ppm)誤差/%underground garage1.81. 821.101.92.046.86、通風流量0.05Q 0.10Q 0.15Q 0.20Q 0.25Q 0.5Q 0.75Q 1Q出入頻率1. 910.52218.2 14.6 75.8 56.6 45.3 24.6 17.2 13.61.71.721.0156.1 83.0 55.4 42.1 33.1 18.3 13.0 10.41.21.221. 6479.0 42.6 28.9 22.2 18.1 10.3 7.76 6. 413.43. 420.580.3.2 18.6 13.1 10.4 8.68 5.69 4.65 4.122.82.831.062.52.634.94 .對應不中國煤化工車庫內(nèi)CO平2. 11.93-8. 10均濃度隨通MHCNMHG所示。總和19. 319.521.13車庫內(nèi)CO平均濃度反映了整個車庫的空氣品質(zhì),下面針對1.7 m高度一成年人主要 呼吸范圍268科學技術(shù)與工程15卷不同時,CO體積分數(shù)差別較大。當通風流量降低100.出入頻率1.4●出人期100到0.4Q以下時,車庫內(nèi)部空氣質(zhì)量急劇惡化。車; 80-+出入頻率0.2庫內(nèi)的通風系統(tǒng)只需要保證車庫內(nèi)部空氣質(zhì)量滿足標準即可,過高的風量必然帶來能源的浪費。因此，黎60針對不同的出入頻率,提出最優(yōu)的通風系統(tǒng)風量是蓄4有必要的。8根據(jù)上文討論的結(jié)果,車庫內(nèi)CO濃度標準二2025x10-6(ppm),由于本圖的CO體積分數(shù)為平均體積分數(shù),污染物濃度分布往往是不均勻的,所以車0.0 02 040.8庫內(nèi)可能存在局部區(qū)域CO體積分數(shù)超標,所以在通風系統(tǒng)流量Q制定通風流量的大小時，需要設置一定的余量。 根圖5不同出人頻率下 ,車庫內(nèi)C0平均濃度據(jù)這種情況，在選取通風流量時將CO濃度標準設隨通風流量變化曲線定為20 x 10 -6( ppm)。Fig 5 The curve of pollution concentration當車庫出入頻率為1.4時,根據(jù)通風流量與CO的污染物濃度進行分析。對應不同的出人頻率，體積分數(shù)曲線,通風流量為0.8Q時,即可滿足空氣1.7 m高度CO平均濃度10 -°(ppm)如表4所示。質(zhì)量要求。當車庫出人頻率為1時,通風流量為0. 5Q時,即可滿足空氣質(zhì)量要求。當車庫出入頻率表4不同出入頻率,1.7 m高度CO平均為0.5時,通風流量為0.3Q,即可滿足空氣質(zhì)量要濃度10-*(ppm)對比求。當車庫出人頻率為0.2時,通風流量為0.1Q,Table 4 The contrast of CO concentration at the即可滿足空氣質(zhì)量要求。height of 1. 7 m in different frequency根據(jù)車庫車輛出人頻率隨時間變化曲線,就可通風流量0.05Q 0.10Q 0.15Q 0.20 0.25Q 0.50 0.75Q 1Q以在滿足空氣質(zhì)量的條件下,制定出最佳的通風流出人頻率.4205.5 109.2 72.7 54.3 43.4 23.6 16.6 13.1量變化曲線,節(jié)省電能。下面,針對該車庫車輛出人146.979.3 53.2 40.5 31.7 17.6 126 10.1頻率隨時間變化曲線,以及不同車輛出人頻率對應1.574.5 40.8 27.8 21.4 17.4 9.94 7.53 6.23的最佳通風流量,可以推出最佳通風流量隨時間變).231.417.9 12.7 10.1 8.40 5.56 4.56 4.06化曲線。根據(jù)這一-曲線,可以制定車庫通風的最佳對應不同的出入頻率,1.7 m高度CO平均濃度策略。隨通風流量變化曲線如圖6所示。100-: - 出入頻率1.4 ]8-. +出入期率10”8C二二出入頻率0.2屆0.6-60貝0.4-40年2046810121416182022240.20.4 0.6.0時間(時)圖7通風流量隨時間變化曲線圖61.7m高度CO平均濃度隨通風流量變化曲線Fig 7 Relation between ventaliation quanitity and timeFig 6 Relation between CO concentration and ventaliation通風流量隨時間變化曲線如圖7所示，上午六quantity at the height of 1.7 m點的通風流量設置為010.隨時間推移,通風流量可見隨著通風流量的增加,CO體積分數(shù)下降。逐漸增大,上中國煤化工3Q,上午十點而隨著車庫出人頻率的增加, CO體積分數(shù)上升。通風流量設fYHCN MH G通風流量為可見通風流量相同的情況下,當車輛出人車庫頻率0. 8Q。中午十二點半通風流量調(diào)整到0.7Q,隨后下12期高超,等:地下空間通 風優(yōu)化269午兩點通風流量開大到0.8Q,隨著通風流量逐漸降s ASHRAE. ASHRAE Handbook HVAC aplication. Atlanta: ASHRAE,低,下午四點通風流量調(diào)整為0.6Q,下午六點通風1999:58- 69中華人民共和國衛(wèi)生部. CB Z2- -2002, 工作場所有害因素職業(yè)流量調(diào)整為0.3Q,下午八點通風流量調(diào)整為0.1Q。接觸限值, 2002根據(jù)以上策略調(diào)整通風系統(tǒng)流量，不僅能夠保The healh ministry of the People's Repubie of China. GB Z2- -2002 ,證車庫內(nèi)部空氣質(zhì)量,還將大大減少能耗,實現(xiàn)節(jié)能exposure limit of harmful facors in workplace ,2002的目的。8 DB 11/044- 1999. 汽油車雙怠速污染物排放標準, 1994DB11/044- 1999 discharge standardsof Gasoline cars of double idle4結(jié)論pollutant, 1994傳統(tǒng)的機械通風系統(tǒng)往往采取定風量運行模9中華 人民共和國衛(wèi)生部室內(nèi)空氣質(zhì)量衛(wèi)生規(guī)范,2001The health ministry of the People's Republic of China. standards of In.式,在保證空氣質(zhì)量的前提下,往往會造成能源的浪door air quality ,2001費。本文針對該車庫汽車出人車庫頻率隨時間變化10 楊強,單敏.地下車庫汽車尾氣污染源強計算淺析.環(huán)境科學與管理2006;31(5):75-777曲線,對不同通風量和不同車庫出人頻率的情況進Yang Q, Shan M. The research about cars emission in the under-行數(shù)值模擬,提出一種優(yōu)化的機械通風系統(tǒng)運行模ground garage. Enionnental Science and Management, 2006;31式。即在保證空氣質(zhì)量的前提下,盡量減少能源的(5):75-77消耗,為今后車庫內(nèi)機械通風系統(tǒng)的設計提供- -些1 陳國平.地下車庫汽車廢氣污染狀況調(diào)查.上海環(huán)境科學. 199;，參考。18(8) :374- -375Chen G P. 'The iovestigation about car gas in the underground gar~參考文獻age. Shanghai Enionnental Science , 1999 ;18(8) :374- 375張寅平 ,張立志,劉曉華.建筑環(huán)境傳質(zhì)學.北京:中國建筑工業(yè)2陳剛.地下車庫通風量的確定與控制.暖通空調(diào), 2002;32(1):62- 63出版社,2006: 149- -156Chen G. The control of ventilation quantity in the undergroundZhang Y P, Zhang L z, Liu X H. Buiding enironment and massgarage. HVAC, 2002 ;32(1):62- 63transfer. Beijing: China Building Industry Press ,2006: 149--15613 Chow W K. On ventilation design for underground car Parks. Tunneling韓宗偉,王 嘉， 邵曉亮.城市典型地下空間的空氣污染特征及and Undergound Space Technology , 195;10(2) :2252- 245其凈化對策.暖通空調(diào), 2009; 39(11):37-494 Verstee H K, Malasekera w. An intoduction to computationalHanZ w, Wang J, Shao X L Characteristics and eliminating strate-fluid dynamics: the finite volume method. New York Wiley , 1995 :gies of contaminants in urban underground spaces. HVAC , 2009 ;3929- -37(11) :37- 4915 謝龍漢. ANSYS CFX流體分析及仿真.北京:電子工業(yè)出版社,3 Krarti M, Ayari A M. Overiew of existing regulaions for ventilation2012:58--79requirements of enclosed vehicular parking facilities. ASHRAE Trans-Xie L H. Flow analysis and simuation in ANSYS CFX. Beijing:actions, 1999 ;105(2):18- -26Electronic Industry Press ,2012 :58--793 蔡浩，朱培根,譚洪衛(wèi). 地下車庫誘導通風系統(tǒng)的數(shù)值模擬與6黃雪,張慎言.地下汽車庫的通風系統(tǒng)和防排煙的設計問優(yōu)化.流體機械，2004; 32(12) :27--30題.全國暖通空調(diào)制冷2002 年學術(shù)年會資料集，2002; 10:Cai H, Zhu P C, Tan H W. Numerical simulation and optimization of130-133the inductive ventilation system. Fluid Machinery, 2004;32(12) :Huang X, Zhang s Y. The design of the ventilation system of under-27- -30ground garage. The Data Sets of the National Hvac Refrigeration Aca-demic Annual Meeting, 2002 ;10:130--133monoxide level and thermnal environment in an undergound carpark. Building and En vironment, 2004;39(1):67- -75The Optimization of Flow Field in the Underground GarageGAO Chao , CHEN Mei-shan, WU Wei-liang( Shanghai Jiaolong Unversity School of Mechanical Engineering,Shanghai 200240 ,P. R. China)[ Abstract] Because the frequency that cars enter the garage is changing, so it is unreasonable that applying thesame ventilation quantity to different situations. Low ventilation quantitynd i ol, however high中國煤化工。ventilation quantity will cause waste of energy. Based on a real undergroun:of flow field bysimulation is discussed..TYHCNMH G[ Key words] air pollution CFD simulationCO concentration fieldunderground garage